2017年寶馬新5系動(dòng)力傳遞系統(tǒng)新技術(shù)剖析（四）

楊 明 劉克江

三、SCR 3系統(tǒng)

（一）概覽

選擇性催化劑還原 3（SCR 3）是寶馬采用的第3代SCR。尿素與水的混合物（AdBlue）裝在1或2個(gè)罐內(nèi)，隨車攜帶。容量足夠確保較長(zhǎng)可達(dá)里程。 該系統(tǒng)的簡(jiǎn)化圖示如圖22所示。

根據(jù)車型使用 2 個(gè) SCR 罐的原因在于，受結(jié)構(gòu)空間所限可提供的安裝空間不同。因此可輸送所需容積，從而使要求的加注周期能夠確保每次加注之間行駛較長(zhǎng)距離。

圖22 SCR系統(tǒng)簡(jiǎn)化圖示（G30）

非加熱罐為被動(dòng)罐。傳輸泵確保定期將尿素與水的混合物（AdBlue）從被動(dòng)罐輸送至主動(dòng)罐。

本文件部分介紹和展示了帶雙罐的系統(tǒng)型號(hào)。對(duì)于帶單罐的型號(hào)、功能基本相同。在單罐系統(tǒng)中可能會(huì)取消雙罐系統(tǒng)所需的附加組件。

1. 安裝位置

安裝位置如圖23所示。

在配備發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) B47D20O0發(fā)動(dòng)機(jī)和 B57D30O0發(fā)動(dòng)機(jī)的 G30上使用一個(gè)容積 12.5L的主動(dòng)罐（位于車輪后右后側(cè)地板內(nèi)）和一個(gè) 8.5L的被動(dòng)罐（位于車輪前右后地板內(nèi)）。僅在配備B47D20O0發(fā)動(dòng)機(jī)的 520ed上使用一個(gè)容積12.5L的主動(dòng)罐（位于車輪后右后地板內(nèi)）。尿素與水的混合物（AdBlue）加注接口位于右后側(cè)（柴油）燃油加注口旁的燃油箱蓋板內(nèi)。

2. 系統(tǒng)概覽細(xì)節(jié)

系統(tǒng)概覽細(xì)節(jié)如圖24所示。

3. 系統(tǒng)電路圖

系統(tǒng)電路圖如圖25所示。

（二）功能

1. SCR 控制

SCR 控制功能集成在 SCR 控制單元內(nèi)和數(shù)字式柴油機(jī)電子系統(tǒng)DDE 內(nèi)，如圖26所示。

SCR 控制功能分為計(jì)量系統(tǒng)控制（由 SCR 控制單元實(shí)現(xiàn)）和計(jì)量策略（由數(shù)字式柴油機(jī)電子系統(tǒng) DDE 確定）。

在此，SCR 控制單元執(zhí)行以下功能：

CAN 通信和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)功能

圖23 SCR 3 安裝位置

圖24 系統(tǒng)概覽

圖25 系統(tǒng)電路圖

圖26 SCR 控制

◆分析液位傳感器和溫度傳感器

◆監(jiān)控功能

◆車載診斷系統(tǒng) OBD 監(jiān)控

◆控制主動(dòng)罐和計(jì)量管路內(nèi)的加熱裝置

控制從被動(dòng)罐（如果安裝）至主動(dòng)罐的泵送功能

在此，數(shù)字式柴油機(jī)電子系統(tǒng)DDE 執(zhí)行以下功能：

分析氮氧化物傳感器

分析廢氣溫度傳感器

◆控制關(guān)閉情況

（1）計(jì)量策略

數(shù)字式柴油機(jī)電子系統(tǒng) DDE 內(nèi)的計(jì)量策略作為 SCR 控制的組成部分計(jì)算何時(shí)噴入多少尿素與水的混合物（AdBlue），如圖27所示。

在正常運(yùn)行模式下根據(jù) SCR 催化轉(zhuǎn)換器前氮氧化物傳感器的信號(hào)計(jì)算出所需量。該傳感器探測(cè)廢氣中的氮氧化物含量并將數(shù)值發(fā)送至數(shù)字式柴油機(jī)電子系統(tǒng) DDE。但氮氧化物傳感器必須達(dá)到其運(yùn)行溫度才能開始測(cè)量。根據(jù)車外溫度這一過程最長(zhǎng)可能需要15min。直至數(shù)字式柴油機(jī)電子系統(tǒng) DDE 計(jì)算出一個(gè)替代值，從而確定廢氣中的氮氧化物含量。

圖27 氮氧化物與氨排放圖

為了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，在 SCR催化轉(zhuǎn)換器后還有一個(gè)氮氧化物傳感器。該傳感器探測(cè)廢氣中是否還含有氮氧化物。如果仍然含有，則調(diào)節(jié)尿素與水的混合物（AdBlue）噴射量。但氮氧化物傳感器不僅測(cè)量氮氧化物而且還測(cè)量氨，無法對(duì)二者進(jìn)行區(qū)分。

在此，進(jìn)行長(zhǎng)期調(diào)節(jié)而非短期調(diào)節(jié)，因?yàn)?SCR 催化轉(zhuǎn)換器具有氨存儲(chǔ)功能。

（2）計(jì)量系統(tǒng)控制

SCR 控制內(nèi)的計(jì)量系統(tǒng)控制為執(zhí)行部分。它執(zhí)行計(jì)量策略提出的要求。其中包括計(jì)量尿素與水的混合物（AdBlue）噴入量以及提供尿素與水的混合物（AdBlue）。

下面列出了正常運(yùn)行模式下計(jì)量系統(tǒng)控制的任務(wù)：

◆在相應(yīng)環(huán)境條件（溫度）下具備計(jì)量能力（加注管路并建立壓力）

◆在繼續(xù)運(yùn)行期間排空管路

◆控制加熱裝置

選擇性催化劑還原SCR功能要求提供尿素與水的混合物（AdBlue）。為此必須將這種介質(zhì)存儲(chǔ)在車內(nèi)并確保可在所有環(huán)境條件迅速提供。在此“提供”表示尿素與水的混合物（AdBlue）以規(guī)定壓力存在于計(jì)量閥處。

計(jì)量閥根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷點(diǎn)和車速以0.55～20Hz頻率噴入。

為了確保噴入量正確，計(jì)量控制功能計(jì)算出：

◆計(jì)量閥調(diào)節(jié)器的占空因數(shù)，從而確定噴入持續(xù)時(shí)間

◆控制延遲，從而補(bǔ)償計(jì)量閥慣性

計(jì)量系統(tǒng)控制功能還計(jì)算實(shí)際計(jì)量量并將其反饋給計(jì)量策略。

計(jì)量量也需要在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行確定。加注時(shí)將這個(gè)長(zhǎng)時(shí)間探測(cè)復(fù)位。

執(zhí)行這些任務(wù)時(shí)需要不同功能參與，下面將進(jìn)行介紹。

（1）加熱裝置

在此加熱裝置執(zhí)行以下任務(wù)：

◆監(jiān)控主動(dòng)罐內(nèi)的溫度和環(huán)境溫度

◆防止相關(guān)組件在運(yùn)行期間結(jié)冰

◆監(jiān)控加熱系統(tǒng)組件

對(duì)以下組件進(jìn)行加熱：

◆主動(dòng)罐通過罐法蘭模塊

◆計(jì)量管路（從主動(dòng)罐至計(jì)量模塊）

根據(jù)主動(dòng)罐內(nèi)的溫度和環(huán)境溫度對(duì)主動(dòng)罐加熱裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)車外溫度以及尿素與水的混合物（AdBlue）溫度當(dāng)前數(shù)值，對(duì)計(jì)量管路加熱裝置和罐法蘭模塊加熱裝置進(jìn)行所需控制。

加熱循環(huán)回路由一個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)供電。功率半導(dǎo)體采用高壓側(cè)開關(guān)設(shè)計(jì)，直接由控制單元進(jìn)行切換。SCR控制單元通過測(cè)量分流器確定流過加熱元件的當(dāng)前電流。這樣，SCR 控制單元也可對(duì)加熱循環(huán)回路進(jìn)行功能檢查，從而識(shí)別出可能出現(xiàn)的故障并將其存儲(chǔ)在故障碼存儲(chǔ)器內(nèi)。

在此使用一個(gè)溫度模型進(jìn)行組件加熱，從而建立計(jì)量準(zhǔn)備就緒狀態(tài)。

使用溫度模型時(shí)設(shè)置以下 3 個(gè)基本參數(shù)，從而達(dá)到計(jì)量準(zhǔn)備就緒狀態(tài)。

以下數(shù)值由立法機(jī)構(gòu)規(guī)定，必須遵守：

◆-25℃時(shí)在45min后達(dá)到計(jì)量準(zhǔn)備就緒狀態(tài)

◆-15℃時(shí)在20min后達(dá)到計(jì)量準(zhǔn)備就緒狀態(tài)

◆-9℃時(shí)在3min后達(dá)到計(jì)量準(zhǔn)備就緒狀態(tài)

取決于溫度的計(jì)量準(zhǔn)備就緒狀態(tài)，如圖28所示。

圖28 計(jì)量準(zhǔn)備就緒溫度

主動(dòng)罐內(nèi)的溫度低于-9℃時(shí)就會(huì)延遲計(jì)量準(zhǔn)備就緒，即等待規(guī)定時(shí)間后才開始嘗試建立壓力。在-9～-16.5℃條件下該時(shí)間恒定，因?yàn)闊o法確定尿素與水的混合物結(jié)冰程度。低于-16.5℃時(shí)加熱時(shí)間延長(zhǎng)，直至開始嘗試建立壓力。

通常情況下計(jì)量管路的加熱速度明顯更快，因此主動(dòng)罐內(nèi)的溫度是決定建立壓力所需時(shí)間的主要因素。但環(huán)境溫度明顯低于主動(dòng)罐內(nèi)的溫度時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)計(jì)量管路加熱時(shí)間較長(zhǎng)的情況。然后根據(jù)環(huán)境溫度延遲計(jì)量準(zhǔn)備就緒狀態(tài)。

（待續(xù)）